JPH09141490A - はんだ付け用フラックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 はんだ付け性および絶縁信頼性に優れ、チェ
ッカーピンの接触不良を起こさないフラックスを提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 導体金属上の自然酸化皮膜を除去して導
体金属とはんだとの接合を容易にするための活性剤とし
ての役割と、導体金属の銅およびはんだ金属の錫と絶縁
性物質である錯体を形成し、はんだ付け後の絶縁信頼性
を確保する役割を有するキレート化剤、およびキレート
化剤を溶解して溶媒中に分散させ、さらに好ましくは、
はんだ付け時に蒸発し、はんだ付け後に残渣とならない
溶媒からなるはんだ付け用フラックス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板等の
はんだ付けの際に用いられるフラックスに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板等のはんだ付けの際、導体
金属表面の自然酸化皮膜を除去するためにフラックスが
用いられる。通常のフラックスは、自然酸化皮膜除去の
ための活性剤、はんだ付け後の信頼性保持のためのロジ
ン、およびそれらの溶媒としてのアルコール類から構成
されている。従来のロジン系フラックスは、ハロゲン化
水素酸塩等の強力な活性剤を用いていたため、これがは
んだ付け後に基板に残存すると、基板の絶縁信頼性に影
響を及ぼすことになる。従って、はんだ付け後に、洗浄
して基板上のフラックス残渣を除去する必要があった。

【０００３】そこで、最近、はんだ付け後に洗浄を行わ
なくてもよいロジン系フラックスが注目され始めてい
る。このフラックスは、比較的活性力の弱い有機酸等を
活性剤として用いるものである。はんだ付け後基板に残
存した活性剤は、ロジンによって捕捉することにより、
無洗浄でも高い絶縁信頼性を保持できる。しかしなが
ら、ロジン系の無洗浄用フラックスは、はんだ付け後に
ロジンが基板に残存し、チェッカーピンの接触不良が起
こる場合があった。

【０００４】ロジンを添加しない無洗浄用フラックスと
して、例えば、水と混和しないポリアルキレングリコー
ルジアルキルエーテル等の溶媒を用いることにより、は
んだ付け後の残渣の吸湿性を抑え、これによって基板の
絶縁信頼性を確保しよとするもの（特開平３−７７７９
３号公報）、あるいは、失活剤を含ませ、これをはんだ
付け時の温度でハロゲン系活性剤と反応させ、活性剤を
無害化させることにより基板の絶縁信頼性を確保しよう
とするもの（特開平４−１４３０９３）などが提案され
ている。しかし、前者のフラックスは、はんだ付け後に
溶媒が分解して消失した場合、活性剤が露出して存在す
ることになり、絶縁信頼性が低下する場合があった。ま
た、後者のフラックスは、部品の形状等の原因により、
はんだ付け時に基板に十分温度がかからないと、活性剤
の失活化が不完全となり、絶縁信頼性が低下する場合が
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように、
従来の無洗浄用フラックスは、絶縁信頼性を確保するた
めにロジンの添加が必須であった。そこで本発明は、ロ
ジンを用いることなく絶縁信頼性に優れる無洗浄用フラ
ックスを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、少なくとも錫および銅と錯体を形成する
キレート化剤によりはんだ付け用フラックスを構成する
ものである。本発明のはんだ付け用フラックスは、前記
のキレート化剤およびこれを溶解する溶媒から構成する
のが好ましい。前記のキレート化剤としては、シュウ
酸、イミノジ酢酸、ニトリロトリ酢酸、アントラニル
酸、キナルジン酸、およびキノリン−８−カルボン酸か
らなる群より選ばれる少なくとも一種が好適に用いられ
る。キレート化剤としては、銅および錫と水不溶性の錯
体を形成するものがより好ましい。そのようなキレート
化剤としては、シュウ酸、アントラニル酸、キナルジン
酸、およびキノリン−８−カルボン酸からなる群より選
ばれる少なくとも一種が用いられる。キレート化剤は、
昇華性を有するものが好ましい。そのようなキレート化
剤としては、シュウ酸、アントラニル酸、およびキノリ
ン−８−カルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも
一種が用いられる。昇華性を有するキレート化剤を用い
る場合、キレート化剤の昇華を抑える溶媒と組み合わせ
るのが好ましい。そのような溶媒としては、以下の式
（１）および（２）で示される二価アルコールから選ば
れる少なくとも一種が好適に用いられる。

【０００７】

【化２】 （式中ｒおよびｓは１または２である。）

【０００８】前記の溶媒を用いる場合、キレート化剤
は、銅および錫と前記溶媒に不溶性の錯体を形成するキ
レート化剤であることが好ましい。そのようなキレート
化剤としては、アントラニル酸、およびキノリン−８−
カルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも一種が適
当である。

【０００９】本発明のはんだ付け用フラックスは、上記
のように、活性剤として、少なくとも錫および銅と錯体
を形成するキレート化剤を含むものである。このフラッ
クス用いると、はんだ付け後、はんだの主成分である錫
とキレート化剤が錯体を形成し、はんだ上に錯体皮膜が
形成される。この錯体は、キレート構造を有し、キレー
ト化剤と金属との結合力が非常に強い。殊に、シュウ
酸、イミノジ酢酸、ニトリロトリ酢酸、アントラニル
酸、キナルジン酸、およびキノリン−８−カルボン酸と
錫との錯体は、水によって解離しないので、この錯体皮
膜の存在により、はんだ付け後の基板は、無洗浄でも優
れた絶縁信頼性を示す。また、導体金属の主成分である
銅部分にも同様に錯体皮膜が形成されるので、はんだ付
けを行わない部分にフラックスが付着しても、絶縁信頼
性には影響を及ぼさない。さらに、はんだ付け後、基板
上にロジンが残存しないため、チェッカーピンの接触不
良を起こさない。

【００１０】また、錫および銅と水不溶性錯体を形成す
るキレート化剤を用いた場合は、高湿度条件下において
も、錯体が水によって溶け出しイオン化することがない
ため、より絶縁信頼性が優れる。銅および錫と錯体を形
成するキレート化剤が昇華性を有するものであると、は
んだ付け時の熱で分解するので、はんだ付け後の残渣が
低減される。また、昇華性のキレート化剤を用いた場
合、はんだ付けの際、はんだが完全に広がる前にキレー
ト化剤が分解して、基板の再酸化が起こり、はんだ付け
性が劣ることがある。これに対しては、キレート化剤の
昇華を抑える溶媒を溶媒成分の一部に用いることによ
り、優れたはんだ付け性を得ることができる。

【００１１】また、キレート化剤の昇華を抑える溶媒を
含むフラックスにおいては、水および昇華抑制のために
用いた溶媒に溶解しない錯体を形成するキレート化剤を
用いることにより、はんだ付け後に溶媒が残存した場合
でも錯体が溶出せず、上記のフラックスよりも絶縁信頼
性が優れる。キレート化剤のアントラニル酸やキノリン
−８−カルボン酸と銅または錫との錯体は、キレート化
剤の昇華を抑制する前記式（１）および（２）で表され
る溶媒、および水に溶解しないので、高湿度条件下で
も、また、はんだ付け後に溶媒が基板に残存した場合で
も、錯体が溶出せず、優れた絶縁信頼性が得られる。

【００１２】なお、キレート化剤の昇華を抑えるための
溶媒として、エチレングリコール系化合物のエチレンオ
キシド基付加モル数が３以上のもの、またはプロピレン
グリコール系化合物のプロピレンオキシド基付加モル数
が３以上のものを用いると、沸点が高く、はんだ付け温
度で分解しない。そのため、はんだ付け後に基板上に残
存し、べとつき等の好ましくない問題を有する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のはんだ付け用フラックス
は、キレート化剤と溶媒を少なくとも含んだ構成が好ま
しい。キレート化剤は、導体金属上の自然酸化皮膜を除
去して導体金属とはんだとの接合を容易にするための活
性剤としての役割と、前記のように、導体金属の銅およ
びはんだ金属の錫と絶縁性物質である錯体を形成し、は
んだ付け後の絶縁信頼性を確保する役割を有する。溶媒
は、キレート化剤を溶解して溶媒中に分散させ、かつは
んだ付け時に蒸発し、はんだ付け後に残渣とならないも
のが好ましい。このような条件を満たす溶媒として、は
んだ付け温度で蒸発する水、炭化水素類、ケトン類、エ
ーテル類、エステル類、一価アルコール類、二価アルコ
ール類、グリコールエーテル類等がある。

【００１４】キレート化剤が昇華性を有する場合、その
昇華を抑える溶剤を含むことがより好ましい。これを満
足する溶媒として、エチレングリコール、ジエチレング
リコール、プロピレングリコールが挙げられる。これら
は、アントラニル酸およびキノリン−８−カルボン酸が
銅、錫と形成する錯体を溶解しないので、これらのキレ
ート化剤と組み合わせてフラックスを構成するのは好ま
しい。キレート化剤としてアントラニル酸を含み、溶媒
としてエチレングリコール、ジエチレングリコール、お
よびプロピレングリコールの群から選択されたもののみ
を用いると、はんだ付け時に溶媒が完全に蒸発せず、は
んだ付け後に残渣となる。このため、これらの溶媒１０
０重量部のうち、５０〜９５重量部を低沸点溶剤で置換
した溶媒を用いることがより好ましい。置換する低沸点
溶媒としては、はんだ付け温度で蒸発する水、炭化水素
類、ケトン類、エーテル類、エステル類、一価アルコー
ル類、グリコールエーテル類がある。

【００１５】キレート化剤と溶媒でフラックスを構成す
る場合、キレート化剤の量が、溶媒１００重量部に対し
て３重量部未満であると、導体金属上の自然酸化膜を完
全に除去できず、はんだ付け性が悪くなる。また、キレ
ート化剤の量が溶媒１００重量部に対して１０重量部を
越え、特に１５重量部以上であると、自然酸化膜の除去
には過剰であり、はんだ付け後に錯体を形成せずに残存
するキレート化剤が多量となるため、残渣が多くなる。
これらのことから、キレート化剤の量は、溶媒１００重
量部に対して３〜１０重量部が好ましい。なお、キレー
ト化剤と溶媒以外の成分として、ロジン、合成樹脂等の
固形分を含んでもよい。ただし、これらの固形分は、は
んだ付け後に基板に残存した場合、チェッカーピンの接
触不良を起こすことがある。チェッカーピンの接触不良
を極力避けるために、固形分の含有量は、溶媒とキレー
ト化剤の合計１００重量部に対して、１０重量部以下に
調製することが望ましい。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。フラック
ス構成成分を、３００ｍｌのガラスビーカーに入れて攪
拌することによりフラックスを調製した。次に、得られ
たフラックスについて、試験例１〜試験例３にしたがっ
てフラックス性能を評価した。フラックス構成成分及び
評価結果を表１にまとめて示す。

【００１７】［試験例１］はんだ付け性の評価 ＪＩＳ Ｚ ３１９７に規定されている方法ではんだ広
がり率の測定を行い、得られた値を以下の四段階で評価
した。 判定基準 ◎：はんだ広がり率が９０％以上 ○：はんだ広がり率が８５％以上９０％未満 △：はんだ広がり率が８０％以上８５％未満 ×：はんだ広がり率が８０％未満

【００１８】［試験例２］フラックス残渣の評価 図１に示すような構成の評価用基板１の銅櫛形電極部
２、３に、フラックス３０μｌを均一に塗布し、２４０
℃のはんだ槽に３秒間ずつ２回浸漬してはんだ付けを行
った。次に、はんだ付け後の基板上のフラックス残渣を
目視で評価した。なお、図１において、４、５はそれぞ
れ電極２、３のリードである。 判定基準 ◎：残渣全くなし ○：残渣ほとんどなし ×：残渣あり

【００１９】［試験例３］絶縁信頼性の評価 試験例２で用いた試料基板を、温度６０℃、湿度９５％
ＲＨの恒温恒湿槽に入れ、電極部２、３間に直流５０Ｖ
の印加電圧をかけた状態で１０００時間の絶縁抵抗試験
を行った。なお、絶縁抵抗値の測定は、温度６０℃、湿
度９５％ＲＨ下で１時間に１回行った。得られた絶縁抵
抗値の経時変化を以下の四段階で評価した。 判定基準 ◎：絶縁抵抗値が常に１０¹⁰Ω以上 ○：絶縁抵抗値が１０⁹Ω以上１０¹⁰Ω未満に低下 △：絶縁抵抗値が１０⁸Ω以上１０⁹Ω未満に低下 ×：絶縁抵抗値が１０⁸Ω未満に低下

【００２０】

【表１】

【００２１】なお、表中の記号は、以下のものを示す。 溶媒； ＩＰＡ：イソプロピルアルコール、ＤＥＧ：ジエチレン
グリコール ＴＥＧ：トリエチレングリコール 評価結果； 評１：はんだ付け性、評２：フラックス残渣、評３：絶
縁信頼性

【００２２】［実施例１］キレート化剤としてイミノジ
酢酸、溶媒としてイソプロピルアルコールを用いたもの
である。このフラックスは、表１から明らかなように、
はんだ付け性および絶縁信頼性に優れ、はんだ付け後の
残渣がほとんど見られない。キレート化剤として、イミ
ノジ酢酸の代わりにニトリロトリ酢酸を用いても同様の
結果が得られた。このように、少なくとも錫および銅と
錯体を形成するキレート化剤を用いると、はんだ付け性
および絶縁信頼性に優れ、はんだ付け後の残渣がほとん
どないフラックスが得られる。一方、イミノジ酢酸の代
わりに、錫および銅と錯体を形成しにくいセバシン酸を
用いた比較例１のフラックスは、実施例１よりも絶縁信
頼性が劣っている。

【００２３】［実施例２］キレート化剤としてキナルジ
ン酸を用いたものである。キナルジン酸は、錫および銅
の各々と水不溶性の錯体を形成するので、実施例１より
も優れた絶縁信頼性が得られる。 ［実施例３］キレート化剤としてシュウ酸を用いたもの
である。シュウ酸は、錫および銅の各々と水不溶性の錯
体を形成するので、実施例１よりも絶縁信頼性が優れ
る。また、シュウ酸は昇華性を有するので、はんだ付け
時の熱で分解し、キレート化剤がはんだ付け後に基板に
残存しない。従って、実施例２よりも残渣が少ない。

【００２４】［実施例４］キレート化剤としてシュウ
酸、溶媒としてジエチレングリコールを用いたものであ
る。ジエチレングリコールは、シュウ酸の昇華を抑制す
るため、実施例３よりもはんだ付け性に優れる。しか
し、シュウ酸と錫および銅の錯体は、水には不溶である
が、ジエチレングリコールに溶解するため、絶縁信頼性
は実施例３より劣る。また、溶媒に高沸点のジエチレン
グリコールを用いているため、はんだ付け後の残渣は実
施例３よりも多い。比較例２は、ジエチレングリコール
の代わりにトリエチレングリコールを用いたものであ
る。トリエチレングリコールは、はんだ付け温度で分解
しないので、はんだ付け後に多量の溶媒残渣が残り、べ
とつき等の好ましくない問題を起こした。

【００２５】［実施例５］アントラニル酸とジエチレン
グリコールからなるフラックスである。アントラニル酸
は昇華性を有するキレート化剤なので、その昇華を抑制
する溶媒ジエチレングリコールと組み合わせることによ
り、良好なはんだ付け性が得られる。また、アントラニ
ル酸が銅および錫の各々と形成する錯体は、水およびジ
エチレングリコールに溶解しないため、絶縁信頼性は実
施例４よりも優れる。なお、アントラニル酸の代わり
に、アントラニル酸と同様に、昇華性を有し、銅および
錫の各々と水およびジエチレングリコールに不溶な錯体
を形成するキレート化剤であるキノリン−８−カルボン
酸を用いたフラックスについても同様の結果が得られ
た。

【００２６】［実施例６］実施例５の組成において、ジ
エチレングリコールの一部をイソプロピルアルコールで
置き換えたものである。このフラックスは、はんだ付け
後の溶媒残渣が実施例５の場合よりも少ない。また、は
んだ付け性および絶縁信頼性については、実施例５と同
等である。次に、はんだ付け後の評価用基板５０枚につ
いて、櫛形電極部のチェッカーピンの導通検査を行った
ところ、チェッカーピンの接触不良は１枚も発生しなか
った。

【００２７】なお、実施例６では、ジエチレングリコー
ルを置換するための溶媒としてイソプロピルアルコール
を用いたが、はんだ付け温度で蒸発し、錯体を溶解しな
い溶剤、例えば他の一価アルコール類、水、炭化水素、
ケトン類等を用いても同様の効果が得られる。また、実
施例６では、キレート化剤としてアントラニル酸を用い
たが、アントラニル酸と同様に、昇華性を有し、銅およ
び錫の各々と水および昇華抑制のための溶媒に不溶な錯
体を形成するキレート化剤であるキノリン−８−カルボ
ン酸を用いても同様の結果が得られた。

【００２８】実施例１〜実施例６に示したように、本発
明のはんだ付け用フラックスは、はんだ付け性および絶
縁信頼性に優れるとともに、はんだ付け後の残渣がほと
んど無く、ロジン等の固形分を含まないため、チェッカ
ーピンの接触不良を起こさないものである。これらの中
でも、実施例６のフラックスは、最も優れたフラックス
性能を有する。

【００２９】また、本発明のはんだ付け用フラックス
は、溶媒の主成分を水とすることができるので、揮発性
溶剤規制等にも対応できる。さらに、本発明に用いたキ
レート化剤は、はんだに用いられる金属すべてと錯体を
形成するので、鉛フリーはんだ等にも適応できるもので
ある。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明は、はんだ付け
性、絶縁信頼性に優れ、チェッカーピンの接触不良を起
こさないフラックスを提供する。また、本発明のフラッ
クスは、はんだ付け後に洗浄を行わなくても良いことか
ら、洗浄にかかるコストを大幅に削減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に用いた評価用基板の平面図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも銅および錫と錯体を形成する
   キレート化剤を含むことを特徴とするはんだ付け用フラ
   ックス。
2. 【請求項２】 キレート化剤が、シュウ酸、イミノジ酢
   酸、ニトリロトリ酢酸、アントラニル酸、キナルジン
   酸、およびキノリン−８−カルボン酸からなる群より選
   ばれる少なくとも一種である請求項１記載のはんだ付け
   用フラックス。
3. 【請求項３】 少なくとも銅および錫と水不溶性錯体を
   形成するキレート化剤を含むことを特徴とするはんだ付
   け用フラックス。
4. 【請求項４】 キレート化剤が、シュウ酸、アントラニ
   ル酸、キナルジン酸、およびキノリン−８−カルボン酸
   からなる群より選ばれる少なくとも一種である請求項３
   記載のはんだ付け用フラックス。
5. 【請求項５】 キレート化剤が昇華性を有する請求項１
   または３記載のはんだ付け用フラックス。
6. 【請求項６】 キレート化剤がシュウ酸、アントラニル
   酸、およびキノリン−８−カルボン酸からなる群より選
   ばれる少なくとも一種である請求項５記載のはんだ付け
   用フラックス。
7. 【請求項７】 キレート化剤の昇華を抑える溶媒を含む
   請求項５または請求項６記載のはんだ付け用フラック
   ス。
8. 【請求項８】 溶媒が、以下の式（１）および（２）で
   示される二価アルコールから選ばれる少なくとも一種で
   ある請求項７記載のはんだ付け用フラックス。 【化１】 （式中ｒおよびｓは１または２である。）
9. 【請求項９】 キレート化剤が、銅および錫と水に不溶
   性で、かつ前記溶媒に不溶性の錯体を形成するキレート
   化剤である請求項８記載のはんだ付け用フラックス。
10. 【請求項１０】 キレート化剤がアントラニル酸、およ
    びキノリン−８−カルボン酸からなる群より選ばれる少
    なくとも一種である請求項９記載のはんだ付け用フラッ
    クス。